1、C语言 -位运算与位域,大一讲师团 王诚强,本课内容,位运算前面介绍的各种运算都是以字节作为最基本位进行的。 但在很多系统程序中常要求在位(bit)一级进行运算或处理。语言提供了位运算的功能， 这使得语言也能像汇编语言一样用来编写系统程序(这里说的和C中嵌入汇编是不同的，是直接用C编写)。,& 按位与 | 按位或 按位异或 取反 右移,一、位运算符语言提供了六种位运算符：,C语言,1. 按位“与”运算 按位与运算符“&”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1 ，否则为0。参与运算的数以补码方式出现。 例如：9&5可写算式如下： 000
2、01001 (9的二进制补码)&00000101 (5的二进制补码) 00000001 (1的二进制补码)可见9&5=1。 按位与运算通常用来对某些位清0或保留某些位。例如把a 的高八位清 0 ， 保留低八位， 可作 a&255 运算 ( 255 的二进制数为0000000011111111)。,main() int a=9,b=5,c; c=a ,00001001 00000101 & 00000001,0000100111011101 0000000011111111 & 000000001101101,main() int a=9,b=5,c; c=a|b; printf(“a=%dnb
3、=%dnc=%dn“,a,b,c); ,C语言,2. 按位“或”运算 按位或运算符“|”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。参与运算的两个数均以补码出现。 例如：9|5可写算式如下： 00001001|00000101 00001101 (十进制为13)可见9|5=13,00001001 00000101 | 00001101,C语言,3. 按位“异或”运算 按位异或运算符“”是双目运算符。其功能是参与运算的两数各对应的二进位相异或，当两对应的二进位相异时，结果为1。参与运算数仍以补码出现，例如95可写成算式如下： 00001
4、00100000101 00001100 (十进制为12),void main(void)int a=2;int b=3;a=ab;b=ba;a=ab;printf(“a=%d,b=%d“,a,b); ,结果是什么，为什么？,00001001 00000101 00001100,a:00000010 b:00000011 a:00000001,b:00000011 a:00000001 b:00000010,a:00000001 b:00000010 a:00000011,b,a,C语言,4. “求反”运算 求反运算符为单目运算符，具有右结合性。 其功能是对参与运算的数的各二进位按位求反。例如
5、9的运算为： (0000000000001001)结果为：1111111111110110 现在我们来看一下下面这个程序的结果会是多少呢？,int main(void) int a = 0;printf(“%d“,a);getch(); ,结果是 -1，为什么？,C语言,5. 左移运算 左移运算符“”是双目运算符。其功能是把“ ”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，“”右边的数指定移动的位数。 例如： 设 a=15，a2 表示把000001111右移为00000011(十进制3)。 应该说明的是，对于有符号数，在右移时，符号位将随同移动。当为正数时， 最高位补0，而为负数时，符号位为1，最高
6、位是补0或是补1 取决于编译系统的规定。Turbo C和很多系统规定为补1。,00000011,00000110,00001100,00011000,00110000,00001111,00000111,00000011,C语言,main() unsigned a,b; printf(“input a number: “); scanf(“%d“, ,请再看一例! main() char a=a,b=b; int p,c,d; p=a; p=(p8; printf(“a=%dnb=%dnc=%dnd=%dn“,a,b,c,d); ,struct 位域结构名 位域列表 ; 其中位域列表 的形式为
7、：类型说明符 位域名：位域长度,位域 有些信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节， 而只需占几个或一个二进制位。例如在存放一个开关量时，只有0和1 两种状态， 用一位二进位即可。为了节省存储空间，并使处理简便，语言又提供了一种数据结构，称为“位域”或“位段”。所谓“位域”是把一个字节中的二进位划分为几个不同的区域， 并说明每个区域的位数。每个域有一个域名，允许在程序中按域名进行操作。 这样就可以把几个不同的对象用一个字节的二进制位域来表示。,struct bs int a:8; int b:2; int c:6; ;,一、位域的定义和位域变量的说明位域定义与结构定义相仿，其形式为：,位域变量
8、的说明与结构变量说明的方式相同。 可采用先定义后说明，同时定义说明或者直接说明这三种方式。例如： struct bs int a:8; int b:2; int c:6; data; 说明data为bs变量，共占两个字节。其中位域a占8位，位域b占2位，位域c占6位。,struct bs unsigned a:4 unsigned :0 /*空域*/ unsigned b:4 /*从下一单元开始存放*/ unsigned c:4 ;,对于位域的定义尚有以下几点说明： 1. 一个位域必须存储在同一个字节中，不能跨两个字节。如一个字节所剩空间不够存放另一位域时，应从下一单元起存放该位域。也可以有意
9、使某位域从下一单元开始。例如：,在这个位域定义中，a占第一字节的4位，后4位填0表示不使用，b从第二字节开始，占用4位，c占用4位。,struct k int a:1 int :2 /*该2位不能使用*/ int b:3 int c:2 ;,2. 由于位域不允许跨两个字节，因此位域的长度不能大于一个字节的长度，也就是说不能超过8位二进位。 3. 位域可以无位域名，这时它只用来作填充或调整位置。无名的位域是不能使用的。例如：,从以上分析可以看出，位域在本质上就是一种结构类型， 不过其成员是按二进位分配的,二、位域的使用 位域的使用和结构成员的使用相同，其一般形式为： 位域变量名.位域名 位域允许
10、用各种格式输出。,main() struct bs unsigned a:1; unsigned b:3; unsigned c:4; bit,*pbit; bit.a=1;/*用bit.a=2代替这句看输出有什么变化*/ bit.b=7; bit.c=15;/*printf(“%dn”,sizeof(bit);加上这句看一个bit的大小*/ printf(“%d,%d,%dn”,bit.a,bit.b,bit.c); pbit= ,详解,上例程序中定义了位域结构bs，三个位域为a,b,c。说明了bs类型的变量bit和指向bs类型的指针变量pbit。这表示位域也是可以使用指针的。 程序的9、1
11、0、11三行分别给三个位域赋值。( 应注意赋值不能超过该位域的允许范围)。程序第12行以整型量格式输出三个域的内容。第13行把位域变量bit的地址送给指针变量pbit。第14行用指针方式给位域a重新赋值，赋为0。第15行使用了复合的位运算符“&=”， 该行相当于： pbit-b=pbit-b&3位域b中原有值为7，与3作按位与运算的结果为3(111&011=011,十进制值为3)。同样，程序第16行中使用了复合位运算“|=“， 相当于： pbit-c=pbit-c|1其结果为15。程序第17行用指针方式输出了这三个域的值。,课后思考,1.位运算应当运用在什么地方，如何运用？ 2.位域用在什么地方？它又与结构体以及共用体有什么区别？ 3.要控制16个状态，至少要多少个字，又是多少位？ 4.假设有一台机器，它有一个寄存器（可以想像为一组开关），控制一排灯，在不知道里面的数据的情况下，如何在不影响别的灯状态的情况下用送一个数的方式把其中一个（或多个）灯的状态改变？,Thank you!,
